JP2003514570A - 表面上においてpna−および/またはdna−オリゴマーを用いたオリゴマー配列 - Google Patents
表面上においてpna−および/またはdna−オリゴマーを用いたオリゴマー配列Info
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- C12Q1/6834—Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase
- C12Q1/6837—Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase using probe arrays or probe chips
Abstract
Description
オリゴマーを用いたオリゴマー配列に関する。
ルとして、遺伝子自体、これらの遺伝子のRNAへの翻訳、及びその結果生じる
蛋白質がある。 個体が発達する間に、どの遺伝子が発現されているか、特定の細胞や組織のあ
る遺伝子がどう活性化され、あるいは抑制されているかは、遺伝子あるいはゲノ
ムのメチル化の程度や特性と相関している。 この意味で、病因となる状態は、個々の遺伝子あるいはゲノムのメチル化様式
の変化に反映されているという仮説は説得力を持っている。
しては最も多数存在する。それは、例えば、転写の制御、ゲノム・インプリンテ
ィングや腫瘍発生に関与している。それゆえ遺伝情報の現状としての5−メチル
シトシンの把握には、多大の関心が寄せられている。
によっては同定できず、5−メチルシトシンはハイブリダイゼーションに際して
はシトシンと同じ塩基対形成様式を示す。従って、どのシトシンが5−メチルシ
トシンとなっているかというエピジェネティックな情報はPCR増幅では完全に失
われてしまう。
究されてきたエピジェネティックなパラメーターである。それにもかかわらず今
日まで細胞や個体の全ての遺伝子型をつきとめるという研究方法では、大規模に
エピゲノタイプ的な情報そのものを発生し、しかも解析することのできる一定し
た手がかりは見いだされていない。
に応用されている検出方法は、重亜硫酸塩がシトシンに特異的に反応することに
基づいている。 シトシンは、アルカリ加水分解の直後にウラシルに置換されるが、ウラシルは
、塩基対をつくる際の様式としてはチミジンに相当する。これに対して、5−メ
チルシトシンは、このような条件下では、修飾されない。このため、元のDNA
が置換されても、ハイブリダイゼーション様式としては本来シトシンと区別され
得ないメチルシトシンは、「従来」の分子生物学的技術、例えば増幅とハイブリ
ダイゼーションあるいは配列読み取りによって、本来の、そして単一のシトシン
として検出される。 これらの技法は全て、塩基対形成に基づいており、今日広く活用されている。
この技術の感度面での水準は次の方法で定義される。 標的のDNAをアガロース・マトリックスに包入し、こうしてDNAの拡散と
再結合を防止する(重亜硫酸塩は一本鎖DNAとのみ反応する)。そして全ての
沈殿と洗浄処理を高速透析によって行う(Olek, A.ら、Nucl. Acids. Res., 24,
5064−5066)。この方法によって、ひとつひとつの細胞を調べることができ、こ
の手法の潜在的能力を評価できる。 事実、現在までのところ、約3000塩基対長ぐらいまでの個別領域しか調べられ
ておらず、何千という細胞を全体的にメチル化分析することは可能ではなかった
。また、この手法は微量の試料中の小さい断片について信頼できる分析結果を出
すことができなかった。これは、マトリックスによる拡散防止にもかかわらず、
喪失がおきるためである。
次のレビューに掲載されている:Rein, T., DePamphilis M. L., Zorbas, H., N
ucleic Acid Res., 26, 2255(1998)。
即ち、
的大きな分量を占める全てのオリゴマーは、その後個々のピペットで担体上に取
り出される。一般的には自動化された高精密なマイクロピペットロボットが使用
される。この利点のため、この方法は最適化された標準方法や標準器具に広く応
用されている。これにより非常に純粋なオリゴマーを用いて定性の高いDNA配
列の製造が可能となり、配列を用いて達成される検出感度や検出信頼性に非常に
明確な影響を及ぼすものである。この方法の重大な欠点は、この方法が非常に複
雑であり、従って高価であることである。これは特に大量に単一のオリゴマーを
合成するのに適している。
。そこで指定したオリゴマー鎖はそれぞれの格子の中点上で核塩基毎に形成され
る。ピペット操作には、1)の工程と同じように特殊なマイクロピペットロボッ
トまたは、例えば配列されたそれぞれの中点に一つの合成成分を供給する挿管を
有する装置を用いる(EP−A 0915897)。化学的な合成方法は自動合成装
置における従来通りのオリゴマー合成の場合と基本的に同じである。異なる点は
、全てのオリゴマーを個別かつ同時に、単一の自動装置によって直接予め備えた
場所に作成する事である。方法1)によるオリゴマー合成の作業段階とは分けて
考えられており、今やマイクロピペット操作は単独の作業段階として考えられて
いる。器具や手作業に係る経費は方法1)と比べ著しく低くなっている。
に正確な核塩基を直截に結合するには、連続的で狙いの正確なピペット操作を行
う代わりに、完全に平行的な技術である、半導体製造から派生したフォトリソグ
ラフ技術を用いる。この方法は、一定波長の光によってオリゴヌクレオチドの5
’−OH保護基を直接離脱できるという事に基づく。 適切な局所照射試料によってオリゴヌクレオチドの端部とそれぞれの格子の中
点との反応が可能となり、次にヌクレオチド成分を新たに結合する。ヌクレオチ
ド成分溶液で配列表面を完全に湿潤することによって、前もって光をあてた場所
だけに核塩基が結合し、未露出の全ての場所は変化しない。 マイクロ写真技術の黒白マスクを基盤と光源との間に設けて全ての格子部分を
覆い反応が起こらないようにすることによって、局部的に露出した試料を製作す
る。 オリゴマー鎖の延長は核塩基を中心に全ての格子の中点上で発現し、その後は
次のようになる。 即ち、第1のマスク操作によって、4種の可能である核塩基の内1つ目(例え
ばC)により拡張されるべき、それぞれの格子の中点が正確に露光される。その
後、配列は適切なヌクレオチド成分の溶液で湿潤され、照射された中点だけがこ
の塩基により拡張される。新たに付帯したヌクレオチド成分は全てに未だ保護基
が付いているのでその保護基が次の照射によって分解するまでは、次の工程にお
いても更なる反応は生じない。 この反応工程の後で配列は洗浄される。第2のマスクを使用することによって
、4つの可能である核塩基の内2つ目(例えばT)により拡張されるべき、それ
ぞれの正確な格子が照射される。その後、配列は再度適切なヌクレオチド成分溶
液で湿潤され、さらに照射箇所はこの塩基により延長される。残る二つの核塩基
(GとA)を同様に処理する。全てのオリゴマーを核塩基1つ分延長させるため
には4段階の照射と4枚の写真マスクが必要である。
あり、それは高精密性によるものであるが、これはフォトリソグラフによって達
成することができ、非常に高い格子密度を作り上げるために良く適合している。
ature Geneticsの臨時増刊として刊行されている(Nature Genetics Supplement,
Volume 21,January 1999)ので、その引用文献を借用する。
的な特許には、例えばUS−A 5,837,832, US−A 5,856,174, WO−A 98/27430 お
よび US−A 5,856,101 がある。物質特許と製法特許が幾つか存在し、感光性保
護基の使用をヌクレオチドだけに制限している。例としてWO−A98/39348とUS−A
5,763,599が挙げられる。
、ビオチンを用いて機能化されたDNAをストレプタビディンで覆われた表面に
固相化することである。このシステムの結合は化学的共有結合ではないが、その
結合力は化学的共有結合に合致している。標的DNAが、化学的に処理した表面
と共有結合を結ぶことができる為には、標的DNAに相応の官能性が必要となる
。DNA自体には適応した官能性はない。標的DNAに適応した官能性を取り入
れた様々な変異体が存在する。即ち二つの容易に操作し得る官能化は脂肪性第一
アミンとチオールである。 このようなアミンは定量的にN−ヒドロキシスクシンイミドエステルによって
置換され、そしてチオールは適応した条件下で定量的にアルキルヨウ化物と反応
する。ここでの難しさはDNAの中にそのような官能性を取り入れる事にある。
最も簡単な変異体は、PCRのプライマーを経由して導入することである。この
変異体には−5’−に変位したプライマー(NH2とSH)と二官能性リンカーを用
いる。
るシステムは主にシリコン又は金属(磁気ビーズ)を材料としている。標的DN
Aを定着させる為の別の方法は、表面に定着させたオリゴヌクレオチドにハイブ
リダイゼーションを行う為、標的DNAの短い認識配列(例えば20塩基)を利
用することに基づく。
るが、ヌクレイン酸の変異体もある。例えばペプチド核酸(Peptide Nucleic Ac
ids = PNA)、(Nielsen, P.E., Buchardt, O., Egholm, M. とBerg,R.H. 19
93.ペプチドヌクレイン酸.米国特許 5,539,082 ; Buchardt, O., Egholm, M., B
erg, R.H. と Nielsen, P.E. 1993. Peptide nucleic acids and their potenti
al applications in biotechnology. Trends in Biotechnology, 11: 384−386)
、ホスホロチオエート型オリゴヌクレオチド又はメチルホスホン酸オリゴヌクレ
オチド。 プローブの特性は非常に重要である。ペプチド核酸は骨格に電荷が無く、これ
は同時に化学的に通常のヌクレイン酸の糖リン酸骨格構造とは異なる。PNAの
骨格は一般的なDNAの糖リン酸骨格の代わりにアミド配列を有する。PNAは
相補的配列のDNAと非常に良くハイブリッド形成する。PNA/DNAハイブ
リッドの融点は同等のDNA/DNAハイブリッドの融点よりも高く、しかもハ
イブリッド形成する際の緩衝塩との関与は比較的に小さい。
Laser Desorptions/Ionisations Massenspektrometrie = MALDI)はバイオ分子
の分析にとって斬新で、非常に高い効率を発揮する(Karas,M. and Hillenkamp,F
. 1988. Laser desorption ionization of proteins with molecular masses ex
ceeding 10.000 daltoons.Anal.Chem. 60: 2299−2301)。分析される分子はUV吸
収性マトリックスに組み込まれる。 短いレーザーパルスによってマトリックスは減圧下で気化するのでこの分析は
気相においてそれほど破断することなく進められる。設定した電圧がフィールド
フリーの導管内でイオンを加速する。質量が異なるためイオンは様々に強く加速
される。小さなイオンは大きなものよりも早く検出器に到達するため、飛行時間
はイオンの質量により換算される。
列を提供することにある。
−および/またはDNA−オリゴマーを使って表面上で形成する事によって解決
するものであり、モノマーがそれぞれ6から20の間からなるオリゴマーを含み
、その際それぞれ少なくともその一般式DDCGDD、一般式DDTGDD、一般式HHCGHHま
たは一般式HHCAHHの配列を包み、 その際 Hはアデニン(A)、シトシン(C)、又はチミン(T)の塩基の一つを意味し、さ
らに、 Dはアデニン(A)、グアニン(G)、又はチミン(T)の塩基の一つを示し、 そしてその際にオリゴマー配列によって表面上のオリゴマーの位置は相関関係に
ある。
は一般的配列形式DDCGDD、一般式DDTGDD、一般式HHCGHHまたは一般式HHCAHHを含
む。
25%は一般式DDCGDD、一般式DDTGDD、一般式HHCGHHまたは一般式HHCAHHを含む
。
50%は一般式DDCGDD、一般式DDTGDD、一般式HHCGHHまたは一般式HHCAHHを含む
。
75%の一般式DDCGDD、一般式DDTGDD、一般式HHCGHHまたは一般式HHCAHHを含む
。
にあり、それが配位の割当てを可能にしており、その上に配列することが望まし
い。しかし、別の目的にかなった幾何学上の配位を選択し、そこで例えば円形に
配置して自動化の可能性の向上を補完することも可能である。
HHCAHHの配列を含むことが望ましい。
たは一般式HHCGHHおよび一般式HHCAHHの配列を含むことが望ましい。
れのオリゴマーに適切に、類似オリゴマーが定着し、前記類似オリゴマーはCG−
配列の代わりにTG−またはCA−配列を含むことのみによって区別されることを特
徴とする。
ーゲットの表面がMALDI−質量分析計のものであれば非常に望ましい。
ゲノムDNAプローブを用いることができる。
態様のオリゴマー配列を応用することにある。
)で取り扱われることが望ましい。
出に実施態様のオリゴマー配列を応用することにある。
り、前記配置は表面がPNA(ペプチド核酸)又はDNAオリゴマーから成り、
前記オリゴマーはそれぞれ6から20の間のモノマー(又は核塩基)から成り、
一般的な配列形式DDCGDDおよび/または一般式DDTGDDおよび/または一般式HHCGHH
および/または一般式HHCAHHを含み、その表面におけるオリゴマーの位置により
それぞれその配列を逆推論することが可能である。 このタイプのオリゴマー配列は、特にゲノムDNA内におけるシトシンのメチ
ル化の検出に適している。前記配列のハイブリッド形成は、重亜硫酸による化学
的前処理後、DNAのメチル化の状態によって激しく変動する。
列をさらに正確に場所決めすることができるために特に望ましいのは、表面が水
平であり、その上でオリゴマーが、座標の形式で割当てを可能とする、四角形又
は六角形の格子の形状に配置されることである。
配置し、オリゴマー配列がそれぞれ6から20の間のモノマー(あるいは核塩基
)からなるオリゴマーを含み、一般式DDCGDD、一般式DDTGDD、一般式HHCGHHおよ
び一般式HHCAHHの配列を含むことにより、表面上におけるそれぞれのオリゴマー
の位置によりそれぞれの配列の逆推論が可能となる。
配置し、オリゴマー配列がそれぞれ、6から20の間のモノマー(あるいは核塩
基)からなる一般式DDCGDDおよび一般式DDTGDDのオリゴマーを含むことにより、
表面上におけるそれぞれのオリゴマーの位置によりそれぞれの配列の逆推論が可
能となる。
配置し、オリゴマー配列がそれぞれ、6から20の間のモノマー(あるいは核塩
基)からなる一般式HHCGHHおよび一般式HHCAHHのオリゴマーを含み、表面上にお
けるそれぞれのオリゴマーの位置によりそれぞれの配列について結論を出すこと
が可能となる。
望ましく、それぞれ少なくともDDCGDD、DDTGDD、HHCGHH、あるいはHHCAHHの配列
を含むことが望ましい。
は、金属製又は他の伝導性の物質から成る実施態様が望ましい。特に好適な実施
態様においては、配置はターゲットの表面がMALDI−質量分析計のものであるこ
とを特徴とするのが望ましい。
リゴマーの配置に応用することにあり、オリゴマー配列はそれぞれ6から20の
間のモノマー(あるいは核塩基)からなるオリゴマーを含み、一方、一般式DDCG
DDおよび/または一般式DDTGDDおよび/または一般式HHCGHHおよび/または一般式
HHCAHHの配列を含み、表面上のオリゴマーの位置によりそれぞれその配列の逆推
論が可能であり、事前に増幅されたDNA断片のハイブリッド形成を行う。
マーの配置を応用することであり、オリゴマー配列がそれぞれ6から20の間の
モノマー(又は核塩基)を含み、一方、一般式DDCGDDおよび/または一般式DDTG
DDおよび/または一般式HHCGHHおよび/またはHHCAHHの配列を含み、その際表面
のオリゴマーの位置によりそれぞれその配列の逆推論を可能とし、DNAのハイ
ブリッド形成を行う為に、予め重亜硫酸溶液(又は亜硫酸水素、重亜硫酸水素)
で処理することである。特にDNAは予め増幅させておく。
NA−オリゴマーの配置の応用であり、オリゴマー配列はそれぞれ6から20の
間のモノマー(あるいは核塩基)からなるオリゴマーを包み、一方一般式DDCGDD
および/または一般式DDTGDDおよび/または一般式HHCGHHおよび/またはHHCAHH
の配列を含み、表面上のオリゴマーの位置によりそれぞれその配列の逆推論を可
能とし、ゲノムDNAにおけるシトシンのメチル化を検出する。
発明によるオリゴマー配列の応用を実例で説明している。
一つを示す。
て処理した後で核塩基の配列に変化が生じる。 メチル化されたシトシンは重亜硫酸処理によって変化しないが、非メチル化シ
トシンはチミンに変換され、これらを多様な配列に増幅し、相補的な配列が存在
するオリゴマー配列の様々な部位に結合する。このようにして、オリゴマーアレ
イにおける配列が知られていることにより、元のDNAにメチル化されたシトシ
ンが既存していたかについて結論を出すことが可能となる。
Claims (16)
- 【請求項1】 表面にPNA(ペプチドヌクレイン酸)−および/またはDNA
−オリゴマーを用いたオリゴマー配列であって、各オリゴマー配列は、それぞれ
6から20個のモノマーあるいは核塩基からなるオリゴマーを含み、それぞれが
少なくとも一般式DDCGDD、一般式DDTGDD、一般式HHCGHHまたは一般式HHCAHHの配
列を含み、 前記Hはアデニン(A)、シトシン(C)、または、チミン(T)の塩基のいずれ
か一つを意味し、 前記Dはアデニン(A)、グアニン(G)、または、チミン(T)の塩基のいずれ
か一つを示し、 前記表面上におけるオリゴマーの位置がオリゴマーの配列と関連することを特
徴とするオリゴマー配列。 - 【請求項2】 請求項1に記載のオリゴマー配列であって、一般式DDCGDD、一般
式DDTGDD、一般式HHCGHH、または一般式HHCAHHの配列のオリゴヌクレオチドを少
なくとも10%含むことを特徴とするオリゴマー配列。 - 【請求項3】 請求項1に記載のオリゴマー配列であって、一般式DDCGDD、一般
式DDTGDD、一般式HHCGHH、または一般式HHCAHHの配列のオリゴヌクレオチドを少
なくとも25%含むことを特徴とするオリゴマー配列。 - 【請求項4】 請求項1に記載のオリゴマー配列であって、一般式DDCGDD、一般
式DDTGDD、一般式HHCGHHまたは一般式HHCAHHの配列のオリゴヌクレオチドを少な
くとも50%含むことを特徴とするオリゴマー配列。 - 【請求項5】 請求項1によるオリゴマー配列であって一般式DDCGDDまたは一般
式DDTGDDまたは一般式HHCGHHまたは一般式HHCAHHの配列のオリゴヌクレオチドを
少なくとも75%含むことを特徴とするオリゴマー配列。 - 【請求項6】 請求項1から5に記載のオリゴマー配列であって、表面が平面で
あり、その上でオリゴマーが、座標に沿った割当てが可能である四角形または六
角形の格子の形状に配置することを特徴とするオリゴマー配列。 - 【請求項7】 前記いずれかの請求項に記載のオリゴマー配列であって、一般式
DDCGDD、一般式DDTGDD、一般式HHCGHHおよび一般式HHCAHHの配列を含むことを特
徴とするオリゴマー配列。 - 【請求項8】 請求項1から6に記載のオリゴマー配列であって、一般式DDCGDD
、一般式DDTGDD、一般式HHCGHHおよび一般式HHCAHHの配列を包むことを特徴とす
るオリゴマー配列。 - 【請求項9】 前記いずれかの請求項に記載のオリゴマーアレイであって、少な
くとも100の種々のオリゴマーを包むことを特徴とするオリゴマーアレイ。 - 【請求項10】 前記いずれかの請求項に記載のオリゴマーアレイであって、CG
−配列を含むそれぞれのオリゴマーに適切に、類似のオリゴマーが定着し、前記
オリゴマーはCG−配列の代わりにTG−またはCA−配列が含まれることによっての
み区別されることを特徴とするオリゴマーアレイ。 - 【請求項11】 前記いずれかの請求項に記載のオリゴマーアレイであって、表
面がガラスで形成されていることを特徴とするオリゴマーアレイ。 - 【請求項12】 請求項1から10によるオリゴマーアレイは、表面が金属ある
いは他の伝導性の物質で形成されていることを特徴とするオリゴマーアレイ。 - 【請求項13】 請求項12に記載のオリゴマーアレイであって、表面がMAL
DI質量分析計のターゲットであることを特徴とするオリゴマーアレイ。 - 【請求項14】 予め増幅したDNA断片をハイブリッド形成することを特徴と
する請求項1に記載のオリゴマーアレイの使用法。 - 【請求項15】 増幅前のDNAを重亜硫酸溶液(または亜硫酸水素、重亜硫酸
水素溶液)で処理したことを特徴とする請求項14に記載のオリゴマーアレイの
使用法。 - 【請求項16】 ゲノムDNAにおけるシトシン−メチル化の検出が可能である
ことを特徴とする請求項1に記載のオリゴマーアレイの使用法。
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